【正文】 致 謝 本文是在我的導(dǎo)師邱玉蘭老師的諄諄教誨和悉心指導(dǎo)下完成。高等教育出版社，4 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．高等教育出版社，20035 孫肖子，鄧建國，陳南．電子設(shè)計指南[M]．高等教育出版社，2006：10，18 256 百度文庫．Ac—Dc電源的設(shè)計[DB／()I。單片機原理與應(yīng)用6. 用10位串行A/D電壓電流檢測。4. 能夠直接檢測被測電源的電流、電壓及功率值，各個參數(shù)都能直觀的在液晶上顯示。2. 能夠?qū)崿F(xiàn)恒流恒壓模式的正常工作。 此電子負載能很好的替代傳統(tǒng)的測試方法中一般采用的電阻、滑線變阻器、電阻箱等，更簡單、更快捷、更可靠地對電源、變壓器、蓄電池等電子設(shè)備進行輸出特性的測試。 系統(tǒng)總體電路圖 4 總結(jié) 本設(shè)計的基于STC89C52單片機控制的電子負載，能夠直接檢測被測電源的電流值、電壓值，以及在不同大小的負載下電源的輸出功率值。 總體電路介紹 STC89C51單片機各個I/： 單片機I/O口分配I/O口應(yīng)用I/O口應(yīng)用44矩陣鍵盤輸入—A/D采樣輸入—D/A轉(zhuǎn)換輸出XTAL1XTAL2時鐘輸入—液晶顯示模塊RESET單片機復(fù)位信號 電源電路輸出+12V和12V的直流電壓給運放工作，和輸出+5V的直流電壓給單片機A/D、D/A芯片工作，作為D/A轉(zhuǎn)換的輸入基準電壓。最后，為D / A轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入。電源電路利用78XX系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路，利用串聯(lián)輸出不同的電壓，供電路各個部分工作。=。 。兩個電阻輸出電壓設(shè)置范圍應(yīng)在設(shè)定的VREF（）從36V范圍內(nèi)。帶散熱片時，輸出電流可達 1A。 DA轉(zhuǎn)換的輸入?yún)⒖荚?。運放和其它元器件也可以工作在024V電壓下，A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片可以工作在5V電壓下。 電源電路的設(shè)計電源電壓的設(shè)計主要針對系統(tǒng)需求的不同電壓進行的電源分配，包含了三個方面的內(nèi)容:電源功耗，電源電壓，電源管理。 本次電子負載設(shè)計，為了較快且更加精確的消除誤差。積分作用取決于積分常數(shù)Ti強度高，Ti，積分作用弱，但強。通常隨著Kp值的增加，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量的增加，系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但當(dāng)Kp增大到一定程度時，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定。 PI調(diào)節(jié)器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差 e(t)= r(t)—c(t) （）利用偏差的積分（I）和比例（P）的線性組合的控制，來控制被控對象，對它的控制律是 （）E（t）為PI調(diào)節(jié)器的輸入系數(shù)，u（t）為PI控制器的輸出，KP，Ti積分時間常數(shù)。利用PI調(diào)節(jié)器設(shè)計的電子負載，MOS實施指南的有效角度的控制，一個控制器與積分動作，只要電子負載電路測量值的調(diào)整與設(shè)定值的偏差，輸出的變化將不會停止。在比例積分控制的快速響應(yīng)的控制功能，并最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。所以，當(dāng)輸入誤差信號的單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)采用比例積分控制器，突然△UCT = KPI的動態(tài)過程，立即出現(xiàn)在產(chǎn)品的輸出，實現(xiàn)快速控制，比例控制的優(yōu)點；在穩(wěn)定狀態(tài)下，和一個積分調(diào)節(jié)器，可以將積分控制，△UCT=0，UCT是保持在一個恒定值，實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)輸入電壓在突然之間，電容器的等效電路立即開始，反饋電阻R1，輸出電壓Uex到kpiuin。所以為了更精確的調(diào)節(jié)器控制MOS管通量的需要，導(dǎo)通角所能承受的電壓范圍，根據(jù)偏差的大小，測量值與給定值的偏差的比例和積分運算，來控制和調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的增加或減少達到設(shè)定值等于實際值的連續(xù)信號。依靠傳統(tǒng)的比較器比較設(shè)定值和測量值，輸出功能的MOS管后。PI調(diào)節(jié)器，MOS管的導(dǎo)通角的增加，越來越多的MOS管的導(dǎo)通量，MOS管的阻力降低電流通過電阻的電壓降增加，R17，UF緩慢增加，等于設(shè)定值，從而實現(xiàn)電子負載的恒電流模式，這是一個PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法。在這個電路中，設(shè)定值與實際值的比較。取樣電阻R17是電I/V轉(zhuǎn)換器，采用PI調(diào)節(jié)器的參考電壓在R17下降的電壓降，控制流量和MOS管截止，從而達到保持電流電壓恒定的目的。 電流取樣PI控制器等組成的負反饋控制模塊 負反饋控制模塊 電子負載的核心是一個負反饋控制回路，電流采樣PI控制器，電力電子負載控制電路。性能比早期的電流輸出DAC的更好。 TLC5615簡介 TLC5615在1999美國TI公司推出的產(chǎn)品，輸出電壓，最大輸出電壓是基準電壓的兩倍，具有串行接口的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。在通式（）與D/A轉(zhuǎn)換輸出通過一個逆變器PI調(diào)節(jié)器的輸入?yún)⒖茧妷汉蛥⒖茧妷骸? D/A轉(zhuǎn)換輸出電路原理圖 VREF = 2vrefinn / 1024的電路設(shè)計；其中，verfin作為參考電壓，TLC5615 ，N是二進制數(shù)的輸入值。 。因此，10位DAC芯片，有高分辨率。剛剛結(jié)束的10位串行數(shù)據(jù)輸入通過3串行總線，便于標準和工業(yè)微處理器或微控制器（MCU）接口，測試儀適用于電池供電，是一個數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器與串行接口。 而TLC5615 D/A是用于串行DAC。這D/A芯片以其接口簡單等優(yōu)點，易于控制等，廣泛應(yīng)用于微機應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)功能結(jié)構(gòu)及其TLC1549的時序，其工作過程可分為3個階段：模擬量采樣，模擬和數(shù)字傳輸。如果 I/O CLOCK 傳送大于 10 個時鐘長度，所以在內(nèi)部邏輯邊緣下降10時鐘，數(shù)據(jù)的低保證值零剩余的位。10位的數(shù)據(jù)被發(fā)送到主機計算機通過串行接口進行數(shù)據(jù)。10年初的I/O時鐘控制的順序采樣模擬輸入。串行接口和I/O時鐘序列的I/O時鐘和接收從以前的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 無效的CS芯片在選定的情況下，I/O時鐘是最初禁止和數(shù)據(jù)在一個高阻抗?fàn)顟B(tài)。差分基準電壓高阻抗輸入，抗干擾能力強，可根據(jù)距離校正轉(zhuǎn)換范圍的比例，可以調(diào)整177。高電流和高功率電源，電路檢測電路板，這種電阻是非常合適的，它具有溫度系數(shù)低，穩(wěn)定性好的優(yōu)點，散熱性能好等優(yōu)點。 I=Ua/R17=Ua/ （） 電阻R17是電流與電壓轉(zhuǎn)換元件，為錳銅采樣電阻，阻值較小，但可以承受大功率，采樣電阻分流對整個電路影響較小。 A/D轉(zhuǎn)換電流電壓采樣電路原理圖 電流采樣電路 在本次電流采樣電路的設(shè)計中，電阻R17對電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，輸出到A/D轉(zhuǎn)換器TLC1549，后還增加了一個電壓跟隨器，也不具有放大作用。采用1/11部分使用壓力，輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，一個電壓跟隨器后加TLC1549后，輸入電壓和輸出電壓相同，緩沖電路，起到承上啟下的作用，提高輸入阻抗。該電路包括采樣電路，電壓和電流采樣，工作電流和電壓采集后，反饋到單片機，再通過液晶顯示出來，實現(xiàn)自動循環(huán)的調(diào)節(jié)。采樣A/D選用10位精度的TLC154精度較高。相比之下，TLC1549更適合的設(shè)計，所以選擇TLC1549系列變頻器。它具有自動采樣，比例范圍校正轉(zhuǎn)換范圍和抗噪聲功能， MV轉(zhuǎn)換電路，可廣泛應(yīng)用于模擬和數(shù)字。TLC1549:10位A/D轉(zhuǎn)換器TLC1549系列轉(zhuǎn)換器是模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器串行控制，連續(xù)的逐次逼近，它采用了一三態(tài)輸出由三線接口和兩個差分基準電壓高阻抗輸入。它的作用可以選擇8個模擬輸入和分享A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)地址譯碼信號。LCD液晶顯示1管腳至5管腳接STC89C52單片機A8至A12口，7口接VCC，8口接GND；。正常顯示時工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動設(shè)備。接口簡單，僅四根I/O線即可驅(qū)動；3.考慮到本次設(shè)計的要求再經(jīng)過仔細比較后選擇了Nokia5110液晶顯示。LCD顯示可以顯示數(shù)字和字符，也能顯示曲線、圖形和漢字，且還可以在屏幕上顯示動畫等功能。 考慮到本系統(tǒng)中顯示的內(nèi)容以及系統(tǒng)的實用性，采用液晶顯示（LCD）。 顯示模塊的設(shè)計 方案設(shè)計論證 數(shù)碼管具有接線簡單、成本較低、編程較為容易、配置簡單又靈活、對外界環(huán)境要求比較低、更易于維護等特點。 2. 450.321清零C6V987A 鍵盤序列號排列 3. 4*4矩陣鍵盤電路圖 4*4矩陣鍵盤電路圖 。5. 復(fù)位清零鍵:當(dāng)輸入有誤時，按下該鍵后使其復(fù)位清空屏幕。3. 啟動停止按鍵（C鍵）:此按鍵是把系統(tǒng)的功能劃分成設(shè)置、調(diào)節(jié)兩張功能，當(dāng)按下該按鍵后，系統(tǒng)就會變?yōu)閳?zhí)行A/D采集、負載調(diào)節(jié)、實際數(shù)據(jù)LCD顯示等功能；如果沒有按下該鍵則默認是功能設(shè)定，系統(tǒng)執(zhí)行按鍵查詢、預(yù)置設(shè)定輸入數(shù)據(jù)和液晶顯示燈功能。2. 小數(shù)點鍵：在本次設(shè)計中因為要輸入小數(shù)，所輸入的值會有需要帶小數(shù)點的。所以本設(shè)計需要有0到9的數(shù)字鍵、小數(shù)點等等按鍵，按鍵比較多，所以本鍵盤輸入模塊設(shè)計采用的是4*4矩陣鍵盤。采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)可以最大限度地使用單片機的引腳資源，其適用于按鍵數(shù)比較多的場合, 由行線和列線組合而成, 按鍵位于行列的交叉點上，節(jié)省I/O 口，因此矩陣式鍵盤的應(yīng)用非常廣泛。而且這種鍵盤是用于操作速度較高或者按鍵較少的場合。 鍵盤輸入模塊設(shè)計 方案設(shè)計論證 非矩陣式鍵盤使用起來比較方便，結(jié)構(gòu)比較簡單，適合較少開關(guān)量的輸入。 STC89C52單片機簡介 STC89C52單片機學(xué)習(xí)板功能強大，具有報警，跑馬燈、串行通信、段碼液晶和字符液晶顯示、電機控制、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、溫度采集、數(shù)字信號合成(AD9851)、實時時鐘電路、4—20mA輸出、PWM輸出、紅外檢測控制等功能，供學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)開發(fā)使用。 在本設(shè)計中采用了KEIL軟件來實現(xiàn)其軟件部分的設(shè)計，所以本設(shè)計選擇采用STC89C52單片機作為核心處理器。單運行程序就很不方便。本設(shè)計過程中采用單片機作為主控制器。3 電子負載系統(tǒng)硬件設(shè)計 核心處理器設(shè)計 核心處理器是進行簡單的數(shù)字信號處理并且負責(zé)控制和協(xié)調(diào)其他各個模塊工作?？刂撇糠植捎肧TC89C52單片機來完成，設(shè)定值通過鍵盤輸入送往單片機，再通過D/A輸出電路產(chǎn)生基準電壓送往PI控制器與實際電壓相比較，基準電壓與實際電壓相比較的偏差控制MOS管的導(dǎo)通量變化與截止，從而達到保持電流恒定的目的。電子負載系統(tǒng)的硬件部分包括以下內(nèi)容：1. 核心處理器單片機的選擇與I/O的分配(采用的是STC89C52單片機）2. 鍵盤輸入模塊（采用的是4*4矩陣鍵盤輸入）3. 液晶顯示模塊（采用的是Nokia 5110液晶顯示）4. A/D轉(zhuǎn)換電壓電流采樣模塊（采用的是TLC1549系列轉(zhuǎn)換器）5. D/A轉(zhuǎn)換模塊（采用的是TLC5615 D/A轉(zhuǎn)換器）6. 電流取樣PI控制器等組成的負反饋控制模塊7．電源電路模塊 本設(shè)計的直流電子負載，主要是實現(xiàn)恒定電流和恒定電壓的工作模式。 系統(tǒng)具體設(shè)計方案 本直流電子負載系統(tǒng)由軟硬件相互結(jié)合而成。方案三通過PI調(diào)節(jié)器、負反饋控制環(huán)路和運放，采用通過軟硬件的相互協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)了整個設(shè)計。方案二控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間是通過單片機輸出一定占空比的PWM控制信號來控制的，從而獲得實際所需的工作電壓和電流。 方案三系統(tǒng)模塊框圖這三個方案經(jīng)過仔細研究比較后，得出：方案一主要是靠硬件實現(xiàn)，設(shè)計成本高。再又通過PI調(diào)節(jié)器、負反饋控制環(huán)路和運放這些電路核心，控制MOSFET的柵極電壓，達到的目的是使其內(nèi)阻變化。 方案二系統(tǒng)模塊框圖 方案三：。獲得實際所需的工作電流和電壓利用單片機輸出一定占空比的PWM控制信號，控制功率電路MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷的時間。 傳統(tǒng)的電子負載設(shè)計 方案二：，是用了單片機作為核心處理器，設(shè)計了電壓電流檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊和PWM控制模塊。實現(xiàn)了在恒流恒壓模式在下一定范圍內(nèi)的正常工作，用A/D轉(zhuǎn)換器與單片機連接把電路中電壓電流的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后用液晶顯示方式顯示出即時的電壓電流。另外, 負載也可以模擬電池的端電壓, 所以也可以使用在測試電池充電器中。（3）恒定電壓方式 定電壓模式能被使用于測試電源的限流特性?！? 在恒定電阻方式中,當(dāng)輸入電壓在2～115V變化時, , 電流變化則為20～200mA。（2）恒定電阻方式 在恒定電阻這種方式中，吸收與電壓形成線性正比的電流，負載就如電阻一般。負載調(diào)整率是電源可以在負載變化的情況下還可以穩(wěn)定的輸出電壓的一種能力。 如果設(shè)定的電流為150mA，被測的電壓是在2V～15V之間變化的話，當(dāng)你調(diào)節(jié)被測電壓的值時， 此時負載值是可以變的，但是負載上的電流值也應(yīng)改是維持在150mA不變。電子負載的基本工作方式有恒壓、恒流、恒阻這幾種。能顯示電子負載兩端的電壓和流過電子負載的電流，相對誤差小于5%。（2）電壓設(shè)置及讀出范圍：~。外接12V穩(wěn)壓電路。恒流方式時不論輸入電壓如何變化（在一定范圍內(nèi)），流過該電子負載的電流恒定，且電流值可設(shè)定。 2 總體方案論證與設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計要求 直流電子負載是用來測試直流穩(wěn)壓電源、蓄電池等電源的性能。隨著社會的進步，人們對